地基塌陷过程中埋地管线的有限元分析

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1、本文工作得到了以下科研项目经费资助：1、山西省自然科学基金资助项目批准号：2011011024-12、太原市城乡管理物联网建设项目批准号：20070110693、2014年度山西省科技创新团队建设计划项目名称：复杂环境下地基基础与地下空间开发山西省科技创新重点团队项目编号：2014131019太原理工大学硕士研究生学位论文地基塌陷过程中埋地管线的有限元分析摘要作为工农业生产运输和城市生活赖以生存和发展的物质基础，埋地管线主要应用于给排水、输油、供气和供热系统中。而地基塌陷是引起埋地管线破坏的重要原因之一，因此分析地基塌陷对埋地管线的影响规律是一项势在必

2、行的重要课题。本文应用ANSYS有限元分析软件，考虑管-土相互作用，对地基塌陷过程中的埋地管线进行了数值模拟研究。考虑了管、土的材料非线性、几何大变形非线性及管土间的接触非线性，深入分析了埋地管线在地基塌陷过程中的应力和位移变化规律。主要有以下内容：1)总结回顾了国内外已有的埋地管线在地基塌陷作用下的相关理论和分析方法，又收集并整理相关资料，定性地分析了在地基塌陷下埋地管线破坏的原因。2)根据室内钢化玻璃模型箱试验，选用ANSYS有限元软件构建了三维管土接触模型，在管土交界面处创建了面面接触对，运用单元生死技术模拟了地基的逐步塌陷过程，得出在土体塌陷范

3、围不断扩大过程中，埋地管线的应力和位移的变化规律。并通过与模型箱试验实测数据对比，验证了该数值模拟方法的正确性。3)通过一系列云图分析找出了管线的危险截面、控制力和控制点，并研究了管和土交界面处的接触状态。I太原理工大学硕士研究生学位论文4）定量分析了各因素如管线的埋深、材质、壁厚，管周围土体刚度以及管和土接触面间的摩擦系数对管线受力和变形的影响，得出一些对工程实践具有指导意义的结论，为地基塌陷区埋地管线的设计和施工提供了理论依据。关键词地基塌陷，埋地管线，有限元，模型箱，接触对II太原理工大学硕士研究生学位论文NUMERICALANALYSISFOR

4、INFLUNCEOFFOUNDATIONCOLLAPSONBURIEDPIPELINESABSTRACTAsmaterialbasisofindustrialandagriculturalproductionandurbanlifetransportforsurvivalanddevelopment,buriedpipelinesareusedinwatersupplyanddrainage,oil,gasandheatingsystems.Thefoundationisoneofthemajorcausesofthecollapseforburied

5、pipelinedamage,sotheinfluenceoffoundationcollapseanalysisonburiedpipelinesisanimportantissueimperative.Inthispaper,byusingoffiniteelementanalysissoftwareANSYS,consideringthepipe-soilinteraction,theburiedpipelinesarenumericalysimulatedduringthefoundationcollapsing.Consideringthen

6、onlinearitiesofpipeandsoil,contactnonlinearity,andnonlinearlargedeformation,thedistributionsofstressvs.displacementofburiedpipelinesareanalysedindepthduringthefoundationcollapsing.Themainconclusionaresummerisedasfollows:1)Thedamagereasonsofburiedpipelinesduringthefoundationcolla

7、psingarequalitativelyanslysedbasedonthestudtyandreviewofthetheoriesandmethods,collectionandcollationofthedataandmaterialdomesticandabroad.2)Accordingtoglassboxmodeltestinlab,athree-dimensionalmodelisIII太原理工大学硕士研究生学位论文builtbyusingofANSYSsoftware,bycreatingthepipe-soilcontactatthe

8、interface,anduseoftechnologyofelementbirthandde